cockroach官方文档翻译---2.1 架构概要

2. 架构

2.1 概要

cockroachDB是一种开源数据库，开发者希望去使用：一方面是因为可伸缩和一致性。开发者一般会有疑问我们如何达到这样，本篇指导将解释cockroach进程的内部实现细节。

不过，cockroachDB的使用者你不必理解潜在的架构,

本页为重要的用户及数据库的热衷者提供了高级框架，解释在hood下发生了什么。

**使用指南

本指南将详细解析cockroachDB的每一层，希望你能按顺序阅读每一层，从概要开始，然后是sql层。

如果你寻找对cockroachDB的更深层理解，你可以简单的阅读每一层的概要，对于更多的技术细节，例如你有兴趣作为项目的贡献者，你可以阅读组件部分

注意：本指导，只是解释cochroachDB的内部袭击日，不能解释如何去构建cockroachDB副本，请查阅读安装文档

**cockroach的目标

cockroach设计目标如下：

1）为了人类的生活更容易。这意味着对于管理者的低接触，高自动化，对于开发者更容易去查找原因

2）提供工业级一致性，即使在大规模的部署中。这意味着启动分发事务，同时解决最终一致性和读取陈旧数据的痛点。

3）创建不间断的数据库，在所有节点的读写不发生矛盾

4）灵活的部署在任意平台上，不捆绑任何的平台或者供应商

5）支持关系型数据使用的相同组件

--最终一致性：允许事务提交一段时间后，数据保持一致

综上，我们希望cockroachDB使团队容易的建立全球的，大规模的，有弹性的云服务。

**语汇表

集群：cockroachDb部署，表现为涵盖一个或多个数据库的单一逻辑复制

节点：一个单机器（唯一的ip:port）运行cockroachDb。多节点形成集群

range：你的集群中一个排序的邻近的数据

副本：你的range的一个复制集，保证至少有3个节点存储数据，确保数据的容忍能力。

**概念

cockroach严重依赖下列概念，将有利于理解我们的架构实现：

一致性：cockroachDB使用一致性表达ACID和CAP理论，即数据无异常。CAP理论：一致性(Consistency)/可用性(Availability)/分区容错性(PartitionTolerance)满足两个以上。一致性,每个读请求接收最近的写请求或者报错(每个节点读取的数据一致)。可用性，每个请求都会收到应答，不管最近的写是成功或者失败。分区容错性，在网络中断，消息丢失或者延迟，系统可以继续工作。

consensus：当一个range接受一个写，投票节点包括range的副本收到写。这意味着数据安全的存储，同时多数节点同意这个数据库状态，即使一些节点是下线的。当一个写没达到consensus,进程停止，保证集群的一致性状态。

**复制：

同步复制提交之前，需要所有的写操作写入所有指定节点的数据副本，为了保证数据的一致性，这种复制是cockroachDB使用的。

异步复制只要求提交前单一节点接受到写操作，提交后再写入其他的数据副本。这种方式几乎等同于最终一致性，在NoSQL数据库中很流行，这种方式会导致异常和数据丢失。

**事务

一系列数据操作，满足ACID(原子性/Atomic，一致性/Consistency，隔离性/Isolation，持久性/Durability)。这是一个一致的的系统的关键特性，确保开发者可以信任数据库数据。

**多活可用性

基于一致性的高可用，使集群的每个节点可以读写部分存储数据(per-range)。相比于其他复制方式，例如：主-被动复制，活跃节点接受100%的请求高峰。主-主复制，所有的节点接收请求，但不能同时保证读的数据最新的和快速的。

2.1.5 概要

CockroachDB在机器上运行使用两条命令

1）cockroachstart 带—join参数，集群中所有初始化节点，这样进程知道所有可以被连接的其他机器

2）cockroach init对集群执行一次初始化

一旦cockroach进程运行，开发者通过SQL API连接cockroachDB，在PostgresSQL上进行模型化，由于所有节点的对称行为，你可以发送请求到任意一个节点，使cockroach很容易的做到负载均衡。

  接收SQL RPCs，节点将其转化为操作，工作在我们分发的key-value存储中。RPCs开始填充集群数据，cockroachDB算法开始在节点间分发你的数据，将数据打散为64M的chunk，我们把它叫做range。为了保证耐受性，每个range至少被3个节点复制。这样，如果某个节点停止工作，仍然存在数据的副本，可以用于读写，并复制数据到其他节点。

  如果一个节点可以接受读写请求但不能直接提供服务，它可以发现可以处理请求的节点并联系它，这样不必知道数据在哪里，cockroachDB会跟踪，为每个节点激活对称行为。

  对于range数据的任何更改，依赖于一致性算法，保证多数副本同意提交更改，业界领先的隔离机制保证提供复制一致性读，不管你连接的是哪一个节点。

  最后，使用高效的存储引擎进行数据写入或者磁盘读取，保证数据时间戳可以被跟踪，这样有利于支持SQL标准，AS OF SYSTEMTIME，可以获得一段时间的历史数据。

  不过，这只是一个高级概要描述cockroachDB如何运行，想知道cockroach进程的具体细节，需要对架构有更深的了解。

2.1.6 层

在最高层，cockroachDB将客户端的SQL语句转化key-value(KV)形式数据，在节点间分发，并写入磁盘。我们的架构，进程通过多层结构进行实现，对应用是不透明的。

下面描述了每层函数，忽略其他层的细节。这些函数对本层，对其他层是黑箱的API组件。层间的互动没有明确描述，为了理解整个进程，需要理解每层的函数。

 

层	顺序	目的
SQL	1	将客户端SQL语句转化成KV形式
事务	2	允许多KV实体更改的原子性
分发	3	提出将KV range作为一个单实体
复制	4	多节点间复制KV ranges满足一致性和同步性，本层通过租约提供一致性读
引擎	5	在磁盘中读写KV数据